淺談水平定向鉆進技術在煤礦地質構造勘探中的應用

摘 要：定向鉆孔技術具有著對鉆孔軌跡進行精確控制的作用。從煤礦地質構造勘探工作的實際情況來看，水平定向鉆孔技術可以有效滿足煤礦對探明地質構造的要求。本文主要對水平定向鉆進技術在煤礦地質構造勘探領域的應用形式和應用實踐等問題進行了探究。

關鍵詞：水平定向鉆進技術；地質構造勘探；定向鉆孔數據

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.096

0 前言

煤礦井下高產高效綜采技術的全面推廣，讓煤礦井下煤層地質構造勘探工作成為了煤礦安全高效開采的主要影響因素。現階段三維地震法和地質雷達等物探手段已經在斷層、陷落柱等地質構造結構的勘探過程中得到了運用。為了給礦方施工提供較為準確的地質參數，相關人員也可以將水平定向鉆進技術應用于煤礦地質構造勘探工作之中。

1 水平定向鉆進技術在煤礦地質構造勘探領域的應用形式

從煤礦井下定向鉆進技術的工作原理來看，彎外管孔底螺桿馬達的應用，可以讓高壓水成為驅動孔底馬達帶動鉆頭回轉的工具。與之相關的有線隨鉆測量技術發揮著傳輸孔底信息的作用。在借助孔口監控設備檢測鉆孔軌跡的同時，人們可以通過對螺桿馬達工具面向角進行調整的方式，改變鉆孔傾角和方位角的數值，進而對鉆孔的軌跡變化進行控制。根據不同煤礦在地層條件方面的差異性，定向鉆進技術主要應用在了地質構造勘探、煤層及高位瓦斯抽采工作之中。

（1）地質構造勘探定向鉆孔。在相關人員對煤礦地質情況缺乏掌握的情況下，他們可以借助地質構造勘探定向鉆孔形式探測地質情況，以便降低煤礦的開采成本。現階段煤礦地質構造勘探工作主要涉及到了以下因素：一是煤層頂底板走向的勘測工作；二是陷落柱的探測工作；三是斷層構造的探測工作；四是地質體邊界和煤層傾角的探測工作。（2）瓦斯抽采定向鉆孔。瓦斯抽采定向鉆孔主要應用于井下煤層氣的抽采鉆孔工作。集束型瓦斯抽采定向鉆孔形式、梳狀抽采瓦斯定向鉆孔形式和頂板高位抽采鉆孔形式為瓦斯抽采過程中所常用的定向鉆孔形式。

2 水平定向鉆進技術在煤礦地質構造領域的應用實踐與鉆孔設計依據

（1）煤礦地質地層特征分析與鉆孔設計依據。以某地煤田的煤礦地質特征勘探工作為例，該地的斷層走向為NE30°，傾向為NW，傾角為70°，落差和延伸長度分別為350m和10km。這種斷層走向對煤層氣成藏具有一定的控制作用。在這一區域中也存在有石門上向斜、蒲池背斜和蒲池西背斜等多種地質形態。除此以外，該地煤層起伏較大的問題也給巷道開拓和煤層開采工作帶來了一些不利的影響。針對這一區域地下煤層所表現出來的易塌孔和易噴孔的問題，相關人員將定向鉆孔布置在了頂板之中，并在向上到煤層以后使用開分支孔重新探煤的鉆孔形式。

這一鉆場區域的地層起伏傾角較大，且為負角度，在鉆探施工工作開展過程中，相關人員需要在注重鉆探軌跡控制的基礎上，為排渣的順暢性提供保障，在鉆進至探煤點以前，相關人員需要及時在這一區域預留分支點。

（2）定向鉆孔施工工藝的應用實踐。從這一區域的實際情況來看，為滿足鉆探施工的要求，相關人員采用的定向鉆機為ZDY6000LD型定向鉆機。此類鉆機的額定轉矩的最大值為6000至1600N·m，定向鉆進轉矩為3000-800N·m。由于該區域煤層起伏相對較大，因而鉆孔設計可以為探測主運和輔運巷道掘進方向的煤層趨勢提供保障，也可以為抽掘采銜接工作的開展提供一定的依據。這一區域煤層瓦斯壓力較大，且易于破碎，本煤層的施工難度相對較大，因而在勘測階段，相關人員采用的是前進式開分支的絕緣方法。根據鉆孔開孔設計的設計參數，回轉鉆進工藝鉆進12m開孔成為了勘測階段所使用的主要施工方式。調整工作面的措施如下所示：首先，在鉆機每鉆6m以后進行一次停泵測量工作，這一階段相關人員需要借助軌跡控制方法完成工具面的調整，在工具面調整工作完成以后，相關人員會通過加鉆桿繼續鉆進的方式開展新一次的測量工作。

（3）定向鉆孔數據分析。在本文所涉及到的煤礦地質構造勘探案例中，相關人員共對4個定向鉆孔進行了施工，其中T5鉆孔的施工方位為90°，孔徑為96mm。T4鉆孔的施工方位角為103°；T1和T2使用的是經過了梳狀孔前進式開分支方式，下表所示的內容為定向鉆孔施工的施工統計結果：

根據表格中所反映的信息，輔運石門煤層傾角值為-19.73°。主運與輔運之間的煤層傾角值為9.72°。對此人們可以借助均角全距法等研究方法確定煤層與底板分界點之間的三維坐標數據，原鉆孔軌跡中的開分支探頂方法是三維坐標數據體系構建過程中所不可忽視的內容。

3 結論

定向鉆進技術具有著精確鉆孔軌跡的作用，從煤礦地質構造勘探工作的實際情況來看，人們可以在通過原鉆孔軌跡中開分支多次探頂的方式確定煤層與底板分界點的三維坐標數據。在鉆場區域地層起伏傾角較大的情況下，相關人員需要在注重鉆探軌跡控制的基礎上，為排渣的順暢性提供保障。

參考文獻：

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[2]王躍東.復雜地質條件礦井水平定向鉆進施工技術分析[J].山西大同大學學報（自然科學版），2011（03）：69-71.

作者簡介：吳曉康（1986-），男，山西襄汾人，碩士，地質測量部主任，工程師，研究方向：煤礦地質防治水。